PE文件格式详解(3)

 来源：hur.cn

PE可选头部

　　PE可执行文件中接下来的224个字节组成了PE可选头部。虽然它的名字是“可选头部”，但是请确信：这个头部并非“可选”，而是“必需”的。 OPTHDROFFSET 宏可以获得指向可选头部的指针：
PEFILE.H
#define OPTHDROFFSET(a) ((LPVOID)((BYTE *)a + \
((PIMAGE_DOS_HEADER)a)->e_lfanew + \
SIZE_OF_NT_SIGNATURE + \
sizeof(IMAGE_FILE_HEADER)))
　　 可选头部包含了很多关于可执行映像的重要信息，例如初始的堆栈大小、程序入口点的位置、首选基地址、操作系统版本、段对齐的信息等等。 IMAGE_OPTIONAL_HEADER 结构如下：
WINNT.H
typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
//
// 标准域
//
USHORT Magic;
UCHAR MajorLinkerVersion;
UCHAR MinorLinkerVersion;
ULONG SizeOfCode;
ULONG SizeOfInitializedData;
ULONG SizeOfUninitializedData;
ULONG AddressOfEntryPoint;
ULONG BaseOfCode;
ULONG BaseOfData;
//
// NT附加域
//
ULONG ImageBase;
ULONG SectionAlignment;
ULONG FileAlignment;
USHORT MajorOperatingSystemVersion;
USHORT MinorOperatingSystemVersion;
USHORT MajorImageVersion;
USHORT MinorImageVersion;
USHORT MajorSubsystemVersion;
USHORT MinorSubsystemVersion;
ULONG Reserved1;
ULONG SizeOfImage;
ULONG SizeOfHeaders;
ULONG CheckSum;
USHORT Subsystem;
USHORT DllCharacteristics;
ULONG SizeOfStackReserve;
ULONG SizeOfStackCommit;
ULONG SizeOfHeapReserve;
ULONG SizeOfHeapCommit;
ULONG LoaderFlags;
ULONG NumberOfRvaAndSizes;
IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER;
　　 如你所见，这个结构中所列出的域实在是冗长得过分。为了不让你对所有这些域感到厌烦，我会仅仅讨论有用的——就是说，对于探究PE文件格式而言有用的。

标准域

　　首先，请注意这个结构被划分为“标准域”和“NT附加域”。所谓标准域，就是和可执行文件的COFF格式所公共的部分。虽然标准域保留了COFF中定义的名字，但是Windows NT仍然将它们用作了不同的目的——尽管换个名字更好一些。
　　 ·Magic。我不知道这个域是干什么的，对于示例程序EXEVIEW.EXE示例程序而言，这个值是0x010B或267（译注：0x010B为.EXE，0x0107为ROM映像，这个信息我是从eXeScope上得来的）。
　　 ·MajorLinkerVersion、MinorLinkerVersion。表示链接此映像的链接器版本。随Window NT build 438配套的Windows NT SDK包含的链接器版本是2.39（十六进制为2.27）。
　　 ·SizeOfCode。可执行代码尺寸。
　　 ·SizeOfInitializedData。已初始化的数据尺寸。
　　 ·SizeOfUninitializedData。未初始化的数据尺寸。
　　 ·AddressOfEntryPoint。在标准域中，AddressOfEntryPoint域是对PE文件格式来说最为有趣的了。这个域表示应用程序入口点的位置。并且，对于系统黑客来说，这个位置就是导入地址表（IAT）的末尾。以下的函数示范了如何从可选头部获得Windows NT可执行映像的入口点。
PEFILE.C
LPVOID WINAPI GetModuleEntryPoint(LPVOID lpFile)
{
PIMAGE_OPTIONAL_HEADER poh;
poh = (PIMAGE_OPTIONAL_HEADER)OPTHDROFFSET(lpFile);
if (poh != NULL)
return (LPVOID)poh->AddressOfEntryPoint;
else
return NULL;
}
　　 ·BaseOfCode。已载入映像的代码（“.text”段）的相对偏移量。
　　 ·BaseOfData。已载入映像的未初始化数据（“.bss”段）的相对偏移量。

Windows NT附加域

　　添加到Windows NT PE文件格式中的附加域为Windows NT特定的进程行为提供了装载器的支持，以下为这些域的概述。
　　 ·ImageBase。进程映像地址空间中的首选基地址。Windows NT的Microsoft Win32 SDK链接器将这个值默认设为0x00400000，但是你可以使用 -B:linker 开关改变这个值。
　　 ·SectionAlignment。从ImageBase开始，每个段都被相继的装入进程的地址空间中。SectionAlignment则规定了装载时段能够占据的最小空间数量——就是说，段是关于SectionAlignment对齐的。
　　 Windows NT虚拟内存管理器规定，段对齐不能少于页尺寸（当前的x86平台是4096字节），并且必须是成倍的页尺寸。4096字节是x86链接器的默认值，但是它可以通过 -ALIGN: linker 开关来设置。
　　 ·FileAlignment。映像文件首先装载的最小的信息块间隔。例如，链接器将一个段实体（段的原始数据）加零扩展为文件中最接近的FileAlignment边界。早先提及的2.39版链接器将映像文件以0x200字节的边界对齐，这个值可以被强制改为512到65535这么多。
　　 ·MajorOperatingSystemVersion。表示Windows NT操作系统的主版本号；通常对Windows NT 1.0而言，这个值被设为1。
　　 ·MinorOperatingSystemVersion。表示Windows NT操作系统的次版本号；通常对Windows NT 1.0而言，这个值被设为0。
　　 ·MajorImageVersion。用来表示应用程序的主版本号；对于Microsoft Excel 4.0而言，这个值是4。
　　 ·MinorImageVersion。用来表示应用程序的次版本号；对于Microsoft Excel 4.0而言，这个值是0。
　　 ·MajorSubsystemVersion。表示Windows NT Win32子系统的主版本号；通常对于Windows NT 3.10而言，这个值被设为3。
　　 ·MinorSubsystemVersion。表示Windows NT Win32子系统的次版本号；通常对于Windows NT 3.10而言，这个值被设为10。
　　 ·Reserved1。未知目的，通常不被系统使用，并被链接器设为0。
　　 ·SizeOfImage。表示载入的可执行映像的地址空间中要保留的地址空间大小，这个数字很大程度上受SectionAlignment的影响。例如，考虑一个拥有固定页尺寸4096字节的系统，如果你有一个11个段的可执行文件，它的每个段都少于4096字节，并且关于65536字节边界对齐，那么SizeOfImage域将会被设为11 * 65536 = 720896（176页）。而如果一个相同的文件关于4096字节对齐的话，那么SizeOfImage域的结果将是11 * 4096 = 45056（11页）。这只是个简单的例子，它说明每个段需要少于一个页面的内存。在现实中，链接器通过个别地计算每个段的方法来决定SizeOfImage确切的值。它首先决定每个段需要多少字节，并且最后将页面总数向上取整至最接近的SectionAlignment边界，然后总数就是每个段个别需求之和了。
　　 ·SizeOfHeaders。这个域表示文件中有多少空间用来保存所有的文件头部，包括MS-DOS头部、PE文件头部、PE可选头部以及PE段头部。文件中所有的段实体就开始于这个位置。
　　 ·CheckSum。校验和是用来在装载时验证可执行文件的，它是由链接器设置并检验的。由于创建这些校验和的算法是私有信息，所以在此不进行讨论。
　　 ·Subsystem。用于标识该可执行文件目标子系统的域。每个可能的子系统取值列于WINNT.H的 IMAGE_OPTIONAL_HEADER 结构之后。
　　 ·DllCharacteristics。用来表示一个DLL映像是否为进程和线程的初始化及终止包含入口点的标记。
　　 ·SizeOfStackReserve、SizeOfStackCommit、SizeOfHeapReserve、SizeOfHeapCommit。这些域控制要保留的地址空间数量，并且负责栈和默认堆的申请。在默认情况下，栈和堆都拥有1个页面的申请值以及16个页面的保留值。这些值可以使用链接器开关-STACKSIZE:与-HEAPSIZE:来设置。
　　 ·LoaderFlags。告知装载器是否在装载时中止和调试，或者默认地正常运行。
　　 ·NumberOfRvaAndSizes。这个域标识了接下来的DataDirectory数组。请注意它被用来标识这个数组，而不是数组中的各个入口数字，这一点非常重要。
　　 ·DataDirectory。数据目录表示文件中其它可执行信息重要组成部分的位置。它事实上就是一个 IMAGE_DATA_DIRECTORY 结构的数组，位于可选头部结构的末尾。当前的PE文件格式定义了16种可能的数据目录，这之中的11种现在在使用中。

数据目录

　　WINNT.H之中所定义的数据目录为：
WINNT.H
// 目录入口
// 导出目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT 0
// 导入目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT 1
// 资源目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_RESOURCE 2
// 异常目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXCEPTION 3
// 安全目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_SECURY 4
// 重定位基本表
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BRELOC 5
// 调试目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DEBUG 6
// 描述字串
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COPYRIGHT 7
// 机器值（MIPS GP）
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_GLOBALPTR 8
// TLS目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS 9
// 载入配置目录
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_LOAD_CONFIG 10
　　 基本上，每个数据目录都是一个被定义为 IMAGE_DATA_DIRECTORY 的结构。虽然数据目录入口本身是相同的，但是每个特定的目录种类却是完全唯一的。每个数据目录的定义在本文的以后部分被描述为“预定义段”。
WINNT.H
typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
ULONG VirtualAddress;
ULONG Size;
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;
　　 每个数据目录入口指定了该目录的尺寸和相对虚拟地址。如果你要定义一个特定的目录的话，就需要从可选头部中的数据目录数组中决定相对的地址，然后使用虚拟地址来决定该目录位于哪个段中。一旦你决定了哪个段包含了该目录，该段的段头部就会被用于数据目录的精确文件偏移量位置。
　　 所以要获得一个数据目录的话，那么首先你需要了解段的概念。我在下面会对其进行描述，这个讨论之后还有一个有关如何定位数据目录的示例。